Рост гор влияет на парниковый эффект
Тайвань является островом экстремальных природных явлений: сильные землетрясения и тайфуны регулярно обрушиваются на регион, катастрофически меняя ландшафт. Это делает остров уникальной лабораторией для наук о Земле. Например, скорость эрозии в центре острова может быть в тысячу раз выше, чем на его южной оконечности. Эта разница влияет на химическое выветривание пород и даёт представление о углеродном цикле планеты в масштабах миллионов лет.
Группа исследователей под руководством Аарона Буфе и Нильса Ховиуса из Немецкого исследовательского центра геонаук (GFZ) использовала эти различия в скорости эрозии, чтобы изучить, как поднятие и разрушение горных пород определяют баланс выбросов и поглощения углерода. Неожиданный результат: при высокой скорости эрозии процессы выветривания высвобождают углекислый газ; при низкой — связывают углерод из атмосферы. Исследование будет опубликовано в Nature Geoscience.
В основе этого лежат тектонические и химические процессы. В быстрорастущих горах тектонический подъём и эрозия постоянно выводят на поверхность свежий горный материал. Там он подвергается воздействию циркулирующей кислой воды, которая растворяет или изменяет породу. В зависимости от типа породы это выветривание по-разному влияет на климат Земли. Например, при контакте угольной кислоты из почвы с силикатными минералами осаждается известняк (карбонат кальция, CaCO₃), в котором углерод связывается на очень долгое время.
В случае сочетания сернистых минералов, таких как пирит, и известняка происходит обратное. Серная кислота, образующаяся при контакте пирита с водой и кислородом, растворяет карбонатные минералы, производя CO₂. Считается, что эта взаимосвязь между горообразованием и химическим выветриванием влияет на климат планеты в масштабе миллионов лет. Но как именно рост Альп или Гималаев воздействует на климат? Ускоряется ли силикатное выветривание, вызывая похолодание? Или доминирует растворение известняка серной кислотой, повышая концентрацию атмосферного CO₂ и способствуя глобальному потеплению?
Ответ на этот вопрос можно найти на юге Тайваня. Остров расположен в зоне субдукции, где океаническая плита подныривает под континентальную Евразийскую. Эта субдукция вызывает быстрый рост гор. В то время как центральная часть острова возвышается уже несколько миллионов лет, его южная оконечность недавно поднялась из моря. Там горы имеют низкий рельеф и разрушаются относительно медленно. Севернее, где горы высоки и круты, свежая порода быстро выносится на поверхность для выветривания. Важно, что породы южного Тайваня типичны для многих молодых горных хребтов мира и состоят в основном из силикатных минералов с примесью карбонатов и пирита.
В своём исследовании учёные взяли пробы из рек, дренирующих эти горные районы с разной скоростью эрозии. На основе растворённого в воде материала они оценили долю сульфидных, карбонатных и силикатных минералов в процессе выветривания. Эти результаты позволили оценить как количество CO₂, которое связывается, так и количество CO₂, высвобождаемое реакциями выветривания. Ведущий автор Аарон Буфе сообщает: «Мы обнаружили, что на самом юге Тайваня доминирует связывание атмосферного CO₂. Однако севернее, где эрозия гор идёт быстрее, преобладает выветривание карбонатов и сульфидов, и CO₂ высвобождается».
Так увеличивает ли выветривание горных хребтов содержание CO₂ в атмосфере? Аарон Буфе говорит: «Мы можем сделать относительно точные выводы для Тайваня. Похоже, что химическое выветривание в этом очень активном горном поясе является чистым источником выбросов CO₂ в атмосферу. Однако, возможно, история меняется, когда осадки, смытые с гор, накапливаются в обширных аллювиальных равнинах — например, у подножия Гималаев или Альп».
Эти отложения часто богаты силикатами, выветривание которых связывает CO₂. Кроме того, горообразование выносит на поверхность не только осадочные породы с пиритом и карбонатами, но и породы, сформировавшиеся из застывшей магмы и содержащие много свежих, быстро выветривающихся силикатов. «Исследователям предстоит ещё много работы, прежде чем мы полностью поймём чистое влияние выветривания на климат Земли».